2010年6月25日 星期五

手骨模型製作-應用五軸加工機

1.因應本校9910月教務評鑑,讓本校新購的五軸加工機展現具代表性的作品,看了2008年日本森精機的精密加工展中的人手骨模型,將大小定在直徑75mm長度150mm材料為鋁合金6061,設計能展現五軸加工機特點模型。

2.由於找不到適當的3D手骨模型,只好先由3D繪圖軟體Solid Works繪出3D模型,經過一段時間才畫出滿意的形狀(fig-1)

fig-1
3.模型下方有一個圓形基座,有一個最重要的用意是用來作為夾持的地方,我設計了一個圓形夾具(fig-2),圖中的土黃色是被加工的鋁合金,下面鐵灰色為夾具,共用了7M6的螺絲,其中一個用來環狀螺緊,Fig3,4為在五軸機上夾持狀況,夾具的上蓋鑽孔加工也是在五軸機上加工(有一個側向的螺絲孔有位置定位關係)

Fig-2
Fig-3
Fig-4
   
   4.3D模型讀入hypermill(fig-5),並在下方夾具最大位置畫上二個防護面,讓hypermill在計算時可以不會加工到夾具
Fig-5
  5.由於此模型有太多的死角 (不容易加工) 位置,A(傾斜軸)最大用到110度,刀桿長度約要有150mm才夠,而且必須要正確把刀桿形狀畫入hypermill,才能正確防止不正當的碰撞,fig-6為德國tribos的彈性夾持刀桿(黃色延長桿),以BT40-ER40-80刀桿夾持(鐵灰色),可以減少夾持位置的直徑,以本圖為例夾持6mm刀具外徑只有10mm,大概是所有刀具中最小的
Fig-6
6.由於工件長150mm,可以夾持的地方只有圓形基座,基座厚度13mm,再加上刀桿又長,切削速度無法快,完成的形狀又細長,必須逐層粗加工並精加工,總共用了12把不同的刀桿(fig-7),約220個工法才完整加工完畢,加工時間從第118小時、第215小時、減少到第311小時,並在底座上刻上校名(fig-8)
Fig-7
 Fig-8
7.由於hypermill的五軸工法自動閃避功能夠完善,作者於9811月才接觸此軟體,當年12月即完成第一個作品(鑰匙飾物製作),隔年4月即完成本件品,該軟體的操作很符合加工的思維,以下為各個加工過程的

 
 
 
 
8.完成品如下:,原材料重1500g,完成重180g
 
 
 
  

2010年6月24日 星期四

鑰匙飾物製作-應用五軸加工機

1.   先決定飾物大小,由於要適合掛在鑰匙上,將大小定在直徑40mm,厚度20mm以下,設計能展現五軸同動加工特點模型。
2. 先由3D繪圖軟體Solid Works繪出3D模型































3. 在葉片側面上刻上本校校名英文縮寫FSVS,轉入CAM(電腦輔導製造軟體) hyperMILL,作加工























       並作加工刀具模擬,以防在機台上碰撞
























4.      加工情形












5.  材料及成品


98學年度木橋載重創新設計競賽-自製壓力試驗機

原由:實習工廠於98年7月開發工廠補強,必須要有機具設備才能上實習課的機械科幾乎整個實習課都中斷,有老師提議舉辦木橋載重競賽,讓全機械科學生利用展藝樓一樓空間製作木橋,也讓三年級學生印證機械力學。問題來了,即然要辦比賽就要分高下,木橋載重競賽要如何分高下呢?只好自製壓力試驗機,來測驗木橋的最大載重。
設計經歷:

1. 參考正修科大98學年度木橋載重創新設計競賽規則,木橋長60cm(跨距50cm)寛10cm高15cm,設計一個以氣壓缸施壓的壓力試驗機,最大施力1000kg(空壓5kg/cm2),荷重元(load cell)最大量測範圍1000kg。
2. 使用科內材料室現有材料,SUS304-25mm方管,管厚1mm,6m長2支
3. 以SolidWorks2006建立壓力試驗機模型
4. 以SolidWorks2006-COSMOS分析,是否會破壞


採購項目:
1. 空壓元件,包括
(1) 空壓缸:缸徑160mm,行程100mm,最大工作壓力9 kg/cm2,台製
(2) 三位4孔手動方向閥
(3) 流量調整閥
(4) 洩氣消音頭
(5) 空壓三點組合
(6) 空壓管
(7) 快速接頭
(8) 約9000元


2. 荷重元(load cell)JIHSENSE-L-1T最大荷重1000kg(fig-1)、荷重顯示器JIHSENSE-JS-2000,共23000元(台製)(fig-2)














3. 依設計圖自行鋸切SUS304方管,請廠商焊接

4. 請廠商加工二個零件,空壓缸和荷重計連接件、及施壓斧

現詳述如下:


1. 以SolidWorks2006建立壓力試驗機模型,並將所有的零件組合完成(fig-3,4)


 
2. 主架構是以管厚1mmSUS304-25mm方管來架設(fig-5),為了可以在有限資源的SolidWorks2006-COSMOS分析(fig-6)將空心方管改成實心方管,而且各方管之間不可接觸(間隔0.1mm),再填角料以便可以計算較正確的結果,圖6中間有一個圓柱為氣壓缸向下施力的位置,為了分析方便將綠色圓形面積設定為『約束』,四周有四塊綠色矩形為木橋向下施壓的位置,每塊面積向下施力2500N(牛頓),分析結果如圖7 (fig-7),可見幾個紅色圓圈為焊接填角焊的位置,以及一些方管容易變形的地方要在加強,加強的結果如fig-5
 


 


3. 全部組合結果如圖8(fig-8)
 fig-8
4. 以實心木塊測試,將氣壓三點組合的調壓閥調整到3 kg/cm2(fig-9),由於空壓缸的直徑是160mm,代入計算應可得到603kg,以施壓斧壓向實心木塊(fig-10),荷重顯示器顯示618.5kg(fig-11),和計算所得值差異不大。
 fig-9


 fig-10

  fig-11

5. 本壓力試驗機和正修科大最大的不同為,(1)以氣壓為動力源(2)最大負荷由顯示器自動記錄
     正修科大,(1)以人力透過齒輪和螺紋,螺帽放大力量來施壓(2)最大負荷由人工判讀

6. 接著為本校學生一些實際作品測試的結果影片